অক্সিডাইজিং অ্যাসিডে 5,000 ঘন্টা পরে পিএফএ শিথের সিটু তাপ পরিবাহিতা হ্রাস কীভাবে পরিমাপ করা যায়?

সময়ের সাথে সাথে, অক্সিডাইজিং অ্যাসিড যেমন নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO₃), ক্রোমিক অ্যাসিড (H₂CrO₄), এবং ঘনীভূত সালফিউরিক অ্যাসিড (H₂SO₄) পোলার ফাংশনাল গ্রুপ (কার্বনিল, কার্বক্সিল, সালফোনেট) পলিমার ব্যাকবোনে অন্তর্ভুক্ত করে PFA ভাঙ্গিয়ে দেয়। এই রাসায়নিক অবক্ষয় PFA-এর তাপীয় পরিবহন বৈশিষ্ট্যগুলিকে পরিবর্তন করে, উচ্চতর তাপমাত্রায় 5000 ঘন্টা পরে তাপ পরিবাহিতা (k) সাধারণত 10-30% হ্রাস পায়। একটি কম k একই তাপ প্রবাহের জন্য খাপ জুড়ে একটি বৃহত্তর তাপমাত্রা হ্রাসের দিকে নিয়ে যায়, যা PFA অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের তাপমাত্রা বৃদ্ধি করে এবং একটি ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপে অবনতিকে আরও ত্বরান্বিত করে। ইন-সিটু তাপ পরিবাহিতা পরিমাপের জন্য একটি তুলনামূলক পদ্ধতির জন্য পরিষেবা থেকে হিটার অপসারণের প্রয়োজন নেই। হিটারের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা একটি পরিচিত তাপ প্রবাহ এবং তরল তাপমাত্রায় পরিমাপ করা হয় এবং আপাত k মান তাপ পরিবাহী সমীকরণ থেকে গণনা করা হয়। অবনতি সময়ের সাথে একটি হ্রাসকারী গণনাকৃত k দ্বারা নির্দেশিত হয়। নিয়মিত পরিমাপ (প্রতি 500 থেকে 1,000 ঘন্টা) আপনাকে চাক্ষুষভাবে ব্যর্থ হওয়ার আগে খাপের অবক্ষয় পর্যবেক্ষণ করতে দেয়।

ইন-সিটু পরিমাপ পদ্ধতি
একটি পিএফএ হিটারের জন্য স্থির অবস্থায় কাজ করে, খাপের মধ্য দিয়ে তাপ প্রবাহ q (W/m^2) বৈদ্যুতিক শক্তি ইনপুট এবং হিটারের পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল থেকে নির্ধারিত হয় (q=P_elec*η / A, যেখানে η হল গরম করার দক্ষতা, সাধারণত নিমজ্জিত হিটারের জন্য 0.95–0.98)। তরল তাপমাত্রা T তরল একটি ক্রমাঙ্কিত থার্মোকল দিয়ে পরিমাপ করা হয়। PFA বাইরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা, T পৃষ্ঠ , নিম্নলিখিত পদ্ধতিগুলির মধ্যে একটি দ্বারা পরিমাপ করা যেতে পারে: (1) একটি পাতলা-ফিল্ম থার্মোকল উচ্চ তাপমাত্রার টেপ এবং তাপীয় পেস্ট (বিন্দু পরিমাপ); (2) একটি ইনফ্রারেড ক্যামেরা (স্বচ্ছ তরল এবং অ্যাক্সেস প্রয়োজন); বা (3) একটি রেজিস্ট্যান্স টেম্পারেচার ডিটেক্টর (RTD) খাপে আটকানো। PFA প্রাচীর জুড়ে তাপমাত্রার পার্থক্য হল ΔT_PFA=T_surface_inner - T_surface_outer যাইহোক, ভিতরের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা সহজে পরিমাপযোগ্য নয়। মেটাল কোর (T_core) থেকে তরল পর্যন্ত সম্পূর্ণ তাপমাত্রা ড্রপ ব্যবহার করে: T_coreও পৌঁছানো যায় না। ব্যবহারিক কৌশলটি এই সত্যটি ব্যবহার করে যে প্রধান বাধা হল পিএফএ প্রাচীর নিজেই। তাপ স্থানান্তরের সমীকরণটি পুনরায় -q=(T_surface_outer - T_fluid) × h হিসাবে সাজানো হয় যেখানে h হল পরিবাহী তাপ স্থানান্তর সহগ। কিন্তু h অজানা এবং ভিন্ন। পরিবর্তে, অভিন্ন প্রবাহ অবস্থার অধীনে দুটি স্বতন্ত্র শক্তি স্তরে (q1 এবং q2) T_surface_outer পরিমাপ করুন। পার্থক্যটি বাতিল করে h: ΔT_surface=(q2 - q1) * (t_PFA/k) অতএব k=(q2 - q1) * t_PFA / ΔT_surface। ডিফারেনশিয়াল টেকনিকের জন্য T_core বা h এর জ্ঞানের প্রয়োজন নেই।

t_PFA=2.0 মিমি q1=2.0 W/cm² (20,000 W/m²) এবং q2=3.0 W/cm² (30,000 W/m²) দিয়ে একটি হিটার চালান। প্রতিটি পাওয়ারের জন্য T_surface পরিমাপ করুন, T1=95 ডিগ্রি , T2=115 ডিগ্রি , T_fluid=80 ডিগ্রি (ধ্রুবক) ΔT_surface=20C তারপর k=(30000-20000) * .002} /{2} * .002} /{2}। 20=1.0 W/mK এটি প্রযুক্তিগতভাবে অসম্ভব (PFA k হল 0.19-0.22)। পার্থক্যটি প্রকাশ করে যে পরিমাপ করা $\\Delta T_{surface}$ তাপমাত্রা এবং প্রবাহের অবস্থার সাথে h এর তারতম্যগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে। ডিফারেনশিয়াল টেকনিকের জন্য ধ্রুবক h প্রয়োজন। এটি খুব কমই হয়। একটি আরও সুনির্দিষ্ট উপায় হল একটি রেফারেন্স হিটার ব্যবহার করা যার সাথে পরিচিত, স্থিতিশীল k (যেমন, একটি তাজা PFA হিটার বা একটি ধাতব হিটার) অবক্ষয়িত হিটারের পাশে রাখা। অভিন্ন q এবং একই তরল অবস্থায় উভয় হিটারের T_সারফেস পরিমাপ করুন। ক্ষয়প্রাপ্ত হিটারের বৃহত্তর T পৃষ্ঠটি উচ্চ তাপীয় প্রতিরোধকে বোঝায়। k_degraded=k_reference * (T_surface_reference - T_fluid) / (T_surface_degraded - T_fluid) এই তুলনামূলক পদ্ধতির যথার্থতা ±10–15 শতাংশ।

অক্সিডাইজিং অ্যাসিডগুলিতে প্রত্যাশিত k অবনতি
অক্সিডাইজিং অ্যাসিড ঘনত্ব তাপমাত্রা (ডিগ্রী) এক্সপোজার সময় (ঘন্টা) প্রাথমিক k (W/m·K) অবনমিত k (W/m·K) হ্রাস (%) প্রক্রিয়া
নাইট্রিক অ্যাসিড 30% 90 5,000 0.20 0.17-0.18 10-15% কার্বনিল গঠন
নাইট্রিক অ্যাসিড 70 % 100 5, 000 0.20 0.14-0.16 20-30 % তীব্র পৃষ্ঠ জারণ
ক্রোমিক অ্যাসিড ৫০ গ্রাম/এল 60 5,000 0.20 0.16-0.18 10-20% পৃষ্ঠতলের সালফোনেশন
সালফিউরিক অ্যাসিড 96% 120 5,000 0.20 0.15-0.17 15-25% সালফোনেশন + ডিহাইড্রেশন
সালফিউরিক অ্যাসিড 96% 140 2000 0.20 0.12–0.14 30–40% গুরুতর অবনতি (5000 ঘণ্টার জন্য পরামর্শ দেওয়া হয় না)
মিশ্র অ্যাসিড (HNO₃/HF) 20/5% 80 5,000 0.20 0.16–0.18 10–20% সিনারজিস্টিক অ্যাসাল্ট
পিরানহা (H 2 SO 4 /H 2 O 2 ) 3:1 120 1,000 (স্বল্প জীবন) 0.20 0.10-0.12 40-50% গুরুতর অক্সিডেশন
ধাপে ধাপে পরিমাপ পদ্ধতি
বেসলাইন পরিমাপ: একটি নতুন হিটারের জন্য, একই এক্সট্রুশন ব্যাচ থেকে একটি নমুনাতে প্রস্তুতকারকের অনুমোদিত মান বা পরীক্ষাগার পরিমাপ (ASTM E1530) দিয়ে k পরিমাপ করুন। সম্ভব হলে, সার্ভিস হিটারের সমান্তরালে একটি রেফারেন্স (নতুন) হিটার ইনস্টল করুন।

-সিটু সেটআপে: 3টি থার্মোকল PFA পৃষ্ঠের সাথে সবচেয়ে উষ্ণ পূর্বাভাসিত বিন্দুতে সংযুক্ত থাকে (সাধারণত 10-ঠান্ডা প্রান্ত থেকে 20 সেমি), মাঝামাঝি-দৈর্ঘ্য, এবং নীচের কাছাকাছি। একটি ভাল যোগাযোগের জন্য তাপীয় পেস্ট ব্যবহার করুন। প্রকৃত পৃষ্ঠের তাপমাত্রা (তরল প্রবাহ দ্বারা প্রভাবিত নয়) পরিমাপ করার জন্য একটি ছোট সিলিকন রাবার ক্যাপ দ্বারা থার্মোকল জংশনটি তরল থেকে উত্তাপ করা উচিত। বিকল্পভাবে, একটি অ-যোগাযোগ পরিমাপ একটি দৃষ্টি কাচের মাধ্যমে একটি ইনফ্রারেড ক্যামেরা ব্যবহার করে করা যেতে পারে।

স্থির অবস্থা হল: স্বাভাবিক সেট পয়েন্টে ট্যাঙ্কটি চালান এবং তাপীয় ভারসাম্য অর্জনের জন্য ন্যূনতম 1 ঘন্টার জন্য প্রবাহিত করুন. 3. 3 পয়েন্টে PFA পৃষ্ঠের তাপমাত্রা রেকর্ড করুন, তরল তাপমাত্রা (একাধিক অবস্থানে), বৈদ্যুতিক শক্তি (ভোল্টেজ x কারেন্ট) প্রকৃত তাপ প্রবাহ গণনা করুন: q{{3×I×I×Ixη) ট্যাঙ্কের দেয়ালের মধ্য দিয়ে তাপের ক্ষয়ক্ষতিকে বিবেচনা করে দক্ষতার কারণ (সাধারণত ভাল-অন্তরক ট্যাঙ্কের জন্য 0.90–0.95, আনইনসুলেটেডের জন্য 0.80–0.85)। A=π × D × L_sub

আপাত k গণনা করুন: t_PFA * (T_core - T_surface)=q / k যেহেতু T_core অজানা, রেফারেন্স হিটার পদ্ধতি ব্যবহার করা উচিত: T_surface_ref=T_fluid + q*(t_PFA/k_ref + 1, একই রেফারেন্সের জন্য k_ref {{13}, পরিচিত একই k_ref) টি_তরল)। ডিগ্রেডেড হিটারের জন্য T_surface_degraded=T_fluid + q × (t_PFA/k_degraded + 1/h)। দুটি সমীকরণ বিয়োগ করুন (একই q এবং h): T_surface_degraded - T_surface_ref=qx t_PFA x (1/k_degraded - 1/k_ref) k_degraded=1 / (1/k_ref {4}+T_degraded) এর জন্য সমাধান করুন T_surface_ref) / (q * t_PFA))

উদাহরণ গণনা: k_ref=0.20 W/m·K, t_PFA=0.002 m, q=30,000 W/m2 (3 W/cm2)। T_surface_ref=95 ডিগ্রি , T_surface_degraded=108 ডিগ্রি , T_fluid=80 ডিগ্রি। তারপর $1/k_{degraded}=1/0.20 + (108-95)/(30,000 \\times 0.002)=5 + 13/60=5.217$ $k_{degraded}=1/5.217=0.192$ ম্যাল ডব্লিউ·মি%-ডিগ্রেডেশন কম যদি T_surface_degraded=125 ডিগ্রি তাহলে 1/k_degraded=5+(125-95)/(60)=5+30/60=5.5, k_degraded=0.182 W/m·K, হ্রাস=9%

ফলাফল সঙ্গে কি করতে হবে
k এর 10-15% হ্রাস যথেষ্ট অবনতি বোঝায়। হিটার ব্যবহার করা চালিয়ে যেতে পারে তবে প্রতি তিন মাস পর পর পরিদর্শন করা উচিত। একটি 15-25% ড্রপ একটি উল্লেখযোগ্য অবনতির পরামর্শ দেয়। 6 থেকে 12 মাসের মধ্যে, হিটারটি প্রতিস্থাপন করার পরামর্শ দেওয়া হয়। এবং 25% হ্রাস মানে গুরুতর অবনতি। PFA ব্যর্থতার কাছাকাছি হতে পারে, তাই এখনই হিটার প্রতিস্থাপন করুন। হ্রাস k নির্দেশ করে যে অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের তাপমাত্রা পরিকল্পিত চেয়ে বেশি এবং অবক্ষয় ত্বরান্বিত হয়। যদি পরিমাপ করা k একটি ত্বরিত গতিতে হ্রাস পেতে থাকে (যেমন, প্রথম 5,000 ঘন্টায় 10% হ্রাস, পরবর্তী 2,000 ঘন্টায় 15% হ্রাস), হিটারটি একটি ব্যর্থ সর্পিল এবং প্রতিরোধমূলকভাবে প্রতিস্থাপন করা উচিত।

যদি ল্যাবরেটরি বা সুবিধার একটি রেফারেন্স হিটার না থাকে, একটি কার্যকর বিকল্প হল PFA পৃষ্ঠের তাপমাত্রা একটি সেট শক্তিতে পরিমাপ করা এবং হিটারটি নতুন থাকাকালীন তাপমাত্রার সাথে তুলনা করা। সময়ের সাথে পৃষ্ঠের তাপমাত্রায় ক্রমাগত বৃদ্ধি (স্থির শক্তি, তরল তাপমাত্রা এবং প্রবাহে) k অবনতিকে চিত্রিত করে। একটি 2.0 মিমি প্রাচীরের জন্য 3 W/cm2, T পৃষ্ঠের 10 ডিগ্রি বৃদ্ধি প্রায় 0.01–0.015 W/m·K (5–7%). 20 ডিগ্রী বৃদ্ধি 10-15% হ্রাসের সমান হ্রাসের দিকে নিয়ে যায়। 30 ডিগ্রি বা তার বেশি বৃদ্ধিতে হিটার প্রতিস্থাপন প্রয়োজন।

সারাংশ: নিয়মিতভাবে{0}}সিটু কে পরিমাপ লুকানো অবনতি সনাক্ত করে
The thermal conductivity of a PFA sheath is reduced by 10-30% after 5,000 hours of exposure to oxidising acids (nitric, chromic, concentrated sulphuric) at elevated temperatures. This degradation can be assessed in-situ using a comparison approach with a reference heater with known stable k or by monitoring the increase of PFA surface temperature over time at constant operating circumstances. If the drop is >15%, এটি গুরুতর অবনতির সংকেত দেয় এবং 6-12 মাসের মধ্যে একটি নির্ধারিত প্রতিস্থাপনকে ট্রিগার করতে হবে। যদি হ্রাস> 25%, দ্রুত প্রতিস্থাপন প্রয়োজন. আপাত ফাটল বা ফোসকা দেখা দেওয়ার আগে খাপের ক্ষয় সম্পর্কে প্রাথমিক সতর্কতা নিয়মিত পরিমাপের মাধ্যমে প্রদান করা হবে (প্রতি 500-1,000 ঘন্টা জোরদার অক্সিডাইজিং পরিষেবায়)। গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়াগুলির জন্য, ক্রমাগত পর্যবেক্ষণের জন্য প্রতিটি পরিষেবা হিটারের পাশে একটি রেফারেন্স হিটার রাখুন। একটি রেফারেন্স হিটারের খরচ ($200-500) একটি অপ্রত্যাশিত ব্যর্থতার খরচের তুলনায় তুচ্ছ যা স্নানের দূষণ এবং প্রক্রিয়া ব্যাহত হয়। রেফারেন্স হিটারের অ্যাক্সেস ছাড়া ইঞ্জিনিয়াররা পর্যায়ক্রমে পৃষ্ঠের তাপমাত্রার আপাত বৃদ্ধি নির্ধারণ করবে এবং একই অপারেটিং অবস্থাতে তাপমাত্রা বৃদ্ধি বেসলাইন মানের থেকে 20 ডিগ্রি উপরে পৌঁছলে হিটারগুলি প্রতিস্থাপন করবে। তাপ পরিবাহিতা হ্রাস PFA ব্যর্থতার কাছাকাছি আসার একটি প্রাথমিক সতর্কতা-এটিকে উপেক্ষা করবেন না।